＊張曉波

（太原煤炭氣化（集團）有限責任公司 山西 030024）

引言

作為傳統(tǒng)的煤炭生產(chǎn)國，我國在工作面斷層的技術(shù)相對成熟，其煤炭能源具有很大程度的發(fā)展前景。盡管受到全球煤炭資源市場疲軟和產(chǎn)能減少等影響，導致煤炭生產(chǎn)雖然有所下降，但其煤炭產(chǎn)量仍達到約10.3億噸，從我國煤炭生產(chǎn)的實際情況看，地質(zhì)條件通常是復雜度較大的。綜采工作面斷層是采礦和巷道開挖中最明顯的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，它的存在很容易使周圍的碎石層堆積大量的水和氣體，當采掘面經(jīng)過這些地方時，如果未能及時采取有效的預防措施，很容易導致工作面上發(fā)生煤礦事故，例如瓦斯涌出、泄漏等，因此，應(yīng)加強技術(shù)人員安全意識，實現(xiàn)礦山的長期、安全、高效生產(chǎn)。

1.工作面過斷層常用方法概述

（1）采高調(diào)整法。在綜采工作面采用采高調(diào)整法時，主要為了保留斷層上壁和下壁之間的煤層厚度，該程度高于液壓支架的下限，其功能目的是盡可能避免煤礦開采作業(yè)中出現(xiàn)的故障，并保證生產(chǎn)效率和安全性。使用此方法之前，應(yīng)對要通過的斷層及其各種參數(shù)進行詳細的地質(zhì)調(diào)查，以確保適當范圍內(nèi)內(nèi)部降低到合理的支撐高度，調(diào)整高度的主要優(yōu)點是該過程易于操作，產(chǎn)生的煤石率低且有利于維護工作臺面設(shè)備；缺點是當工作面通過斷層時，部分底部煤將流失。

采高調(diào)整法在應(yīng)用中首先需要準確把握斷層錯位及其走向；其次應(yīng)調(diào)整好切割高度，根據(jù)故障及其與采礦機的關(guān)系保留頂板，采用切底、切頂?shù)姆椒ńY(jié)合實踐，最后要特別注意的是，當綜采工作面遇到比較特殊的故障時，企業(yè)可以抬高工作面，使采煤在較低級別的情況下進行[1]。

（2）硬過平推法。當工作面前進時，遇到的斷層下降是有限的，但是一旦出現(xiàn)不能通過采礦實現(xiàn)高調(diào)整時，可以使用硬過平推的方法。在使用中，應(yīng)根據(jù)實際測量結(jié)果提前測出故障的距離，從而保證斷層數(shù)據(jù)在巖層上執(zhí)行破巖操作，但是由于采煤機受力有限會破壞巖石，因此該方法僅適用于工作面的頂板和底板。這種方法的優(yōu)點是過程簡單易行；它的缺點是采煤機鎬的嚴重磨損以及頻繁的更換，導致工作面的頂部難以管理等問題。

（3）臥底挑頂法。臥底挑頂法在本質(zhì)上是一種平推和硬傳遞的表現(xiàn)，在特定操作過程中，工作面向前切開，低于斷層后面的直接層，然后選擇頂級方法。在這種情況下，應(yīng)采用抬底的方法，具體來說，臥底挑頂法是依靠風鎬或爆破等待采煤機以其他方式穿過巖石，從而進行工作面的跨斷層操作。在實際使用中，施工人員應(yīng)首先檢查故障爆破孔的質(zhì)量，選擇分配方法、相關(guān)參數(shù)和爆破度，該方法的使用對工作面開采范圍有一定影響。臥底挑頂法的優(yōu)點是有效避免了過多的采礦設(shè)備，從而節(jié)省成本；但缺點是施工過程比較復雜瑣碎，施工困難，并且實際施工速度慢。

（4）跳采法。跳采法通常稱為旁路法，主要用于故障掉落和影響范圍較大時，可以分為全部跳過和有兩個部分跳過，后者通常需要大量的工程，并且對采礦有負面影響，應(yīng)用較少；前者通過尺寸的變化相互聯(lián)系，有助于改善煤層的采收率，但是中間車道的建設(shè)、通風系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備的連接使其成為需要重點關(guān)注的部分。同時應(yīng)根據(jù)斷層的位置，將采煤工作面局部移動或調(diào)整之后，挖掘一條新的巷道進行煤礦開采。跳采法的具體用途是，當傾斜的交點與綜采工作面傾斜時，斷層落差變大，難以通過，也可以根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境挖出一條與故障平行的新車道，需要確定路段材料和運輸是否存在良好的聯(lián)系，同時除了密切關(guān)注故障情況外，還應(yīng)適當加強支持，以有效地保障煤礦安全和經(jīng)濟。

（5）綜合法。煤炭開采技術(shù)具有綜合特點，在實際工作中經(jīng)常會受到許多因素的影響，并阻礙煤礦的發(fā)展，因此有必要綜合考慮各種情況，并根據(jù)當?shù)厍闆r采取措施，而不是使用相同方法貫穿整個煤礦開采過程。方法太單一會導致煤炭加工過程中存在許多漏洞，因此，為了防止不必要的問題出現(xiàn)，跨斷層開采煤炭時應(yīng)采用綜合方法。

2.綜采工作面過斷層時可用的其他輔助措施

綜采工作面過斷層時可用的其他輔助措施包括：其一，應(yīng)該適當?shù)膶⒄麄€工作面的方向進行調(diào)整，這樣可以有效改善工作面與故障之間的直接接觸夾角，但是需要注意的是，隨著工作面角度的調(diào)整，長度也會在一定程度上變化，因此，在實際施工過程中，必須仔細選擇更改內(nèi)容[2]。其二，當工作面穿過斷層時，支架的俯仰角應(yīng)小于14°，故應(yīng)基于斷層的結(jié)構(gòu)，綜合判斷施工的性質(zhì)和工作面的屋頂巖性，以確定是否選擇頂部或底部挖掘或同時挖掘兩者，以便有效地保持，同時，盡可能減少碎石的數(shù)量。其三，過斷層時，應(yīng)預先降低采礦高度，從而提高了支撐的穩(wěn)定性，減少碎石操作的數(shù)量，且支柱還應(yīng)保留一定的擴張幅度，以確保過斷層時，支架不會被壓碎。其四，工作面過斷層時，應(yīng)確定是否需要挖掘某個局部區(qū)域底部或保持底部的構(gòu)造，以確保整體變化。其五，過斷層時應(yīng)進行外部運輸，盾構(gòu)型比支撐型更容易適應(yīng)斷裂帶，故選擇時需對地區(qū)進行科學合理的分析。

3.工程概述與工作面過斷層方案

（1）工程概述。本工程的礦山工作面位于礦山北翼，其平均厚度為3.6m；傾斜角度為6°；工作面總長度為1050m；采礦長度為160m；假屋頂約0.8m厚碳質(zhì)泥巖；直接屋頂是粉砂巖，平均厚度約為5m；中間關(guān)節(jié)發(fā)育良好[3]。將整個工作面切割為100m的距離，在斷層的情況下，斷層下降為7.2m，屬于下降幅度較大的斷層，它極大程度的影響了采礦工作正常進行。

（2）工作面過斷層施工方案。鑒于斷層跌落較大，穿過該斷層的工作面不適合采礦，需使用調(diào)整采礦高度的方法，再加上上層屋頂?shù)膸r層（砂巖）巖體強度高，用平推硬通方法很難通過故障，所以，經(jīng)考慮后選擇了兩個選項：其一是爆破和地下掩護以過斷層；其二是跳采法，經(jīng)過比較分析，最終采用跳采法。工作面開采水平的確定，主要根據(jù)施工現(xiàn)場實際條件與地質(zhì)數(shù)據(jù)相結(jié)合，在施工期間應(yīng)注意：①水平調(diào)節(jié)原理：當工作面底部超過1.0m時懸掛板按操作規(guī)程要求進行。②調(diào)整開采范圍時，每把刀的頂部或臥底不得超過100mm。

（3）工作面過斷層安全技術(shù)措施。工作面過斷層的安全技術(shù)措施共有以下幾點需要注意：①在故障期間，準備碰撞楔子、金屬網(wǎng)、單個液壓支柱、鏟子等，用于屋頂下降的各種工具和材料。②預先支撐的單個液壓支柱必須有足夠的支撐空間，確保山體堅固。③刮板輸送機的機頭和機尾發(fā)生故障時，應(yīng)預先處理三角形區(qū)域的屋頂，在故障期間，下端和尾道撤退前，必須檢查后路的單個液壓支柱，當預設(shè)的定力不足時，需進行第二次注油，以確保尾部回撤點后面的道路安全。④嚴格按照操作規(guī)程進行操作。⑤采煤通過裂縫區(qū)時必須控制采煤機步行速度，以防止煤石和煤傷害到人。

⑥在故障期間，當人員需要工作時，采煤機應(yīng)停止切割煤，將手柄歸零，然后拆下鼓式離合器，需要噴砂時，應(yīng)做好液壓支撐柱和各種管道的保護。

4.綜采工作面過斷層采煤技術(shù)實踐探析

（1）應(yīng)用支護技術(shù)。為了避免斷層采煤時冒頂，煤礦企業(yè)應(yīng)在巷道中使用支撐技術(shù)，例如，某種煤炭在該煤礦的綜采工作面中，距離明挖距離為90m，當?shù)涔收蠠o法通過時，在距原始工作面30m的距離處重新開槽（以消除故障）。由于與原始切口的距離很小，工作面的超前壓力會增加，因此，在新巷道的開放使用中，應(yīng)使用螺栓-網(wǎng)索組合支撐技術(shù)。

（2）增加工作面推進速度。減少屋頂損壞的有效方法是合理的提高工作面前進速度。隨著工作面前進速度的加快，煤壁暴露的時間越快，因此，在特定范圍內(nèi)合理提高工作面的前進速度，有效將煤炭的開采效率進一步提升，將總成本降至最低，從而為煤礦企業(yè)增加了利潤。

（3）調(diào)整工作面與斷層線的夾角。通常，如果煤層的傾斜部分等于或大于掉落部分，即可以將工作面推進。如果工作面和斷層線平行，將導致更大的故障暴露，因此，應(yīng)合理將工作面的方向進行調(diào)整，使綜采工作面的斷層之間出現(xiàn)夾角的存在，這種夾角越多，其交叉面積就會越小，從而減少維護屋頂?shù)碾y度[4]。一般情況下，頂板工作面在實際應(yīng)用中會出現(xiàn)中等程度的穩(wěn)定性狀態(tài)，其工作面和斷層之間最合適的角度是20°-30°，如果頂板的穩(wěn)定性較差，就應(yīng)將夾角設(shè)置在30°-45°之間更為合適，但這將大大增加綜采工作面的長度，因此，到底是否選擇這種方法，需要綜合考慮多種因素[5]。

（4）做好斷層處巖石處理。斷層處巖石的處理是過斷層綜采工作面的主要內(nèi)容，如果斷層處巖石的硬度系數(shù)低于4，就可以將其使用切割的方法進行巖石處理[6]。值得一提的是在處理故障過程中，需要發(fā)射小型炮，并且必須嚴格控制裝藥數(shù)量，只有確定了爆破孔的位置和角度后才能進行鉆孔制成。

5.結(jié)束語

近年來，綜采技術(shù)在我國煤炭開采領(lǐng)域得到了不斷的推廣，煤炭一直是中國能源的主力，同時應(yīng)對煤礦開采中的常見問題進行積極深入的研究，以促進煤炭工業(yè)的發(fā)展。過斷層進行綜采的煤礦，必須根據(jù)具體情況采取不同的措施，在長期實踐中，不斷的探索和完善，使過斷層綜合開采技術(shù)逐漸變得更加安全。